14. УСИЛИТЕЛЬ ПРИЕМНИКА ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
14.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Ранее (см. гл. 2—13) были рассмотрены оптические компоненты волоконно-оптических систем связи. Теперь необходимо проанализировать электронные аспекты процесса восстановления электрического сигнала в оптическом приемнике.
Обобщенная структурная схема оптического приемника приведена на рис. 14.1. Как видно из нее, фотодиод преобразует принимаемый оптический сигнал в электрический ток, пропорциональный мощности оптического сигнала. Следующий за фотодиодом усилитель усиливает полученный токовый сигнал и преобразует его в напряжение. Как и в любой системе связи, отношение сигнал-шум на выходе оптической системы и ее характеристики определяются тем звеном оптического приемника, где принятый сигнал имеет наименьший уровень. Следовательно, характеристики этого звена являются основными при проектировании всей системы связи. В § 14.2 будут рассмотрены различные источники шума в приемнике оптических сигналов. В последующих параграфах определяется зависимость отношения сигнлл-шум от уровня принимаемого сигнала для различных схем усилителей. И, наконец, в заключительных главах будет найдено минимальное значение отношения сигнал-шум, необходимое для нормальной работы системы связи при использовании различных видов модуляции.
Рис. 14.1. Структурная схема оптического приемника
Известно, что вид модуляции определяет структуру демодулятора. В волоконно-оптических системах связи имеют дело с двумя видами аналоговой и одним видом цифровой модуляции, причем последний, без сомнения, является самым важным. В каждом из рассматриваемых видов модуляции модулируется мощность оптического несущего колебания. Для открытых оптических систем связи (см. гл. 16) имеется более широкий выбор видов модуляции. Что касается волоконно-оптических систем связи, то для них рассмотрены:
а) прямая модуляция уровня мощности оптического несущего колебания модулирующим сигналом;
б) модуляция мощности оптической несущей частоты частотно-модулированным сигналом на поднесущей радиочастоте;
в) импульсно-кодовая модуляция мощности оптической несущей частоты.
Прямая модуляция является простейшим видом модуляции и часто может быть весьма эффективной. Основная трудность при ее реализации связана с необходимостью обеспечения весьма высокой степени линейности модуляционной характеристики при использовании в качестве источников излучения лазеров и светодиодов. Второй способ модуляции свободен от этого недостатка и позволяет использовать эти источники излучения без специальных мер линеаризации их модуляционных характеристик. Он применяется, например, в кабельном телевидении, где весьма существенно обеспечить малый уровень нелинейных и перекрестных искажений. При этом возможно использование стандарта частотной модуляции, который обычно применяется в электрических кабельных системах телевидения. Подробнее этот вопрос будет рассмотрен в гл. 17. И, наконец, третий, цифровой способ модуляции господствует в волоконно-оптических линиях связи, используемых в обычной телефонной сети, главным образом, на участках с высокой информационной пропускной способностью, а также во всех линиях передачи данных.
